行业背景
在量子计算和通信领域，存在着基于光子的和基于固态的平台。尽管基于光子的平台能够以最小的损耗和相干衰减实现长距离通信，但光子之间的相互作用非常弱，使得实现非线性光子量子门困难。相比之下，固态系统虽然提供了强相互作用环境，但相干衰减和损耗问题仍然存在。因此，超导体-半导体混合器件被提出，将光子和固态的优势结合起来，光子部分提供长距离通信能力，而固态部分提供量子计算所需的相互作用, 具有强的可扩展性和稳健性。超导发光二极管（SLED）是这种混合系统的一个例子，其原理是利用超导凝聚物与半导体PN结的耦合，通过电致发光实现光子发射。这种器件具有紧凑、高效、电驱动等优点，因此在量子信息处理中具有广泛的应用前景。理论上已经证明SLED可以通过利用库珀对的辐射复合来发射极化纠缠的光子对。然而，在实验上尚未展示出发射的双光子性质。近日，以色列理工学院Alex Hayat等人提出了一种基于GaAs超晶格的PN结SLED设计，通过超晶格中的共振能带来最大化库珀对注入到PN结中。通过电致发光测量，实验证明了Tc以下的增强发射，显示了发射半导体层中存在超导序参数，并且展示了双光子发射的光谱行为。该成果发表在《Light：Science & Applications》，题为“Two-photon emission from a superlattice-based superconducting light-emitting structure”。
（b）微分电导测量σ标准化为在Tc以上的测量σN，展示了Andreev反射，并为最低温度计算了依赖性（黑色虚线曲线）。为了去除标准化曲线的重叠并更好地可视化特征，每个曲线相对于前一个曲线垂直移动了0.01，以提高特征的清晰度。插图显示了超导接触的2探针测量，展示了大约在6.5 K左右的超导转变。
2.双光子发射的实验验证
图2、EL光谱特征参数与电流和温度的关系：上图（a, b, c）展示了长波长特征的（a）最大高度、（b）特征位置和（c）特征宽度作为温度和电流的函数。下图（d, e, f）展示了短波长特征的（d）最大高度、（e）特征位置和 （f）特征宽度作为温度和电流的函数。灰色区域表示无法提取数据的区域，即发射不存在（低电流和因为发射更接近电极）。
论文信息
Bouscher, S., Panna, D., Jacovi, R. et al. Two-photon emission from a superlattice-based superconducting light-emitting structure. Light Sci Appl 13, 135 (2024).
